WO2020002839A1 - Machine électrique tournante munie d'un capteur de courant et d'un module de diagnostic - Google Patents

Machine électrique tournante munie d'un capteur de courant et d'un module de diagnostic Download PDF

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WO2020002839A1
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electric machine
diagnostic module
current
rotary electric
machine according
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PCT/FR2019/051582
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Mostafa Kadiri
Pierre Faverolle
Matthieu MALLEVAEY
Ludovic DOFFE
Gauthier RYCKEBOER
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Valeo Equipements Electriques Moteur
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    • H02H7/0833—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors for electric motors with control arrangements
    • H02H7/0844—Fail safe control, e.g. by comparing control signal and controlled current, isolating motor on commutation error

Definitions

  • the present invention relates to a rotary electrical machine provided with a current sensor and a diagnostic module.
  • the invention finds a particularly advantageous application with alternators and alternator-starters fitted to motor vehicles.
  • rotary electrical machines comprise two coaxial parts, namely a rotor and a stator surrounding the body of the rotor.
  • the rotor may be integral with a driving and / or driven rotor shaft and may belong to a rotating electric machine in the form of an alternator, as described for example in documents EP0803962 and W002 / 093717, or of a motor. electric as described for example in document EP0831580.
  • the rotary electrical machine may be reversible as described for example in documents WO01 / 69762, W02004 / 040738, W02006 / 129030 and FR3005900. Such a reversible synchronous electric machine is called an alternator-starter.
  • the electric machine transforms mechanical energy into electrical energy, in particular to supply consumers and / or recharge a battery.
  • the electric machine operates in alternator mode, in particular during the regenerative braking phases. which are very common. The electric machine and its sub-components are thus stressed at their operating limit.
  • the invention aims to fill this need by proposing a rotary electric machine comprising:
  • a voltage regulator capable of adapting an excitation current applied to the rotor winding as a function of a difference between an output voltage of the rotary electric machine and a reference voltage
  • At least one current sensor disposed at the output of the rotating electrical machine or on at least one phase of the rotating electrical machine
  • a diagnostic module capable of detecting a malfunction of the rotating electric machine from a current measurement from the current sensor.
  • the invention thus makes it possible, thanks to the use of the current sensor and the diagnostic module, to detect and inform the motor control of a possible failure and / or of a drift in the performance of the rotating electric machine.
  • the diagnostic module is integrated into the regulator.
  • the diagnostic module is an external module with respect to the regulator.
  • the diagnostic module is able to estimate, via a law of variation of a voltage drop across the terminals of a rectifying component, a junction temperature of this rectifying component.
  • the diagnostic module is able to limit this junction temperature to protect this rectifying component.
  • the diagnostic module is capable of detecting a failure on a phase of the rotating electric machine from the current measurement originating from the current sensor.
  • the diagnostic module is able to determine a theoretical efficiency of the rotary electric machine and to compare it with a reference efficiency to deduce a possible drift representative of a degradation of performance of the rotating electric machine.
  • the diagnostic module is able to measure a ripple of an output current of the rotating electrical machine and to detect a failure of the rotating electrical machine in the event that a current variation over a period of the output current exceeds a reference value.
  • the diagnostic module is capable of establishing a diagnostic of the operation of the rotary electric machine from measurements of the output current of the rotary electric machine and measurements of the excitation current.
  • the diagnostic module is capable of detecting a performance drift of a rectifying component from a measurement of a voltage drop at a given current of said rectifying component.
  • FIG. 1a is a schematic representation of a first embodiment of the invention having an alternator output current sensor and a diagnostic module integrated in the regulator;
  • - Figure 1b is a schematic representation of an alternative embodiment with an external diagnostic module
  • - Figure 2a is a schematic representation of a second embodiment of the invention having a generator phase current sensor and a diagnostic module integrated in the regulator;
  • - Figure 2b is a schematic representation of an alternative embodiment with an external diagnostic module
  • - Figure 3 is a graphical representation of a map for determining a torque from a speed of rotation of the machine for a given excitation current
  • FIG. 4 is a graphic representation of a variation of the output current whose measurement using the current sensor according to the invention allows to detect a malfunction of the electric machine;
  • - Figure 5 is a graphical representation of the measured and expected curves obtained in the alternator current / excitation current plane for detecting a malfunction of the electric machine
  • - Figure 6 is a schematic representation of a phase voltage for determining the voltage drop of a rectifier component in the on state
  • FIG. 7 is a variation law stored in the regulator or the external diagnostic module making it possible to determine the temperature of a rectifier component of diode shape
  • FIG. 8 is a graphical representation illustrating the detection by the diagnostic module of a performance drift which can be detected by measuring a voltage and a current of a rectifying component.
  • FIGS 1 a and 1 b schematically represent a rotary electrical machine 10, in the form of an alternator, comprising a stator 11 and a rotor 12 provided with a coil 13.
  • the rotor 12 is capable of generating a magnetic flux interacting with the stator 1 1.
  • the stator 1 1 comprises a winding 14 having several phases Ph1 -PhN connected to an AC / DC converter 16.
  • a stator 11 with three phases Ph1 -Ph3 is shown in a nonlimiting manner for example.
  • the stator 1 1 may more generally include N phases, N being an integer.
  • N could for example be 3 for a three-phase stator, 5 for a five-phase stator, 6 for a hexaphasic stator, 7 for a heptaphasic stator, etc ... or be any integer.
  • the AC / DC converter 16 is typically formed by rectifying components 17 represented here by diodes but can also take the form of MOSFET type transistors. In this case, the AC / DC converter 16 is reversible in order to transform the direct voltage of the battery 19 into an alternating voltage supplying the winding phases Ph1 -PhN to operate the machine in motor mode.
  • the output voltage Liait measured between the terminal B + and the ground can be delivered to the battery 19 by the stator 1 1 via the converter 16. More specifically, electromotive forces are present in each of the phases Ph1 -PhN of the stator winding 11 and are processed by the converter 16 to generate the output voltage Liait.
  • a milk output current can be delivered to the battery 19 and to the electrical charges 22 by the stator 11 after treatment by the converter 16.
  • the electrical charges 22 are in this case connected in parallel with the battery 19.
  • the alternator 10 also includes a regulator 24 making it possible to control the output voltage linked to a reference voltage generally supplied by an engine computer 25 of the vehicle.
  • the regulator 24 adapts an excitation current lexc applied, by pulse width modulation, to the rotor winding 13 as a function of a difference between the output voltage Ualt of the alternator 10 and the reference voltage .
  • a current sensor 27 may be arranged at the output of the alternator 10 at the terminal B +, as shown in FIGS. 1 a and 1 b.
  • a current sensor 27 is disposed on at least phase Ph1 -PhN of the alternator 10.
  • a sensor 27 is used per phase, but it is alternatively possible to use a sensor 27 on a single phase and deduce the signals of the other phases from the measurements of this sensor.
  • a sensor 27 can take the form a Hall effect sensor or a resistance sensor called "shunt" in English.
  • a diagnostic module 30 is able to detect a malfunction of the alternator 10 on the basis of the current measurement obtained from at least one current sensor 27.
  • the diagnostic module 30 can be integrated into the regulator 24, as shown in FIGS. 1a and 2a.
  • the regulator 24 communicates the information relating to the operation of the alternator 10 to the engine computer 25 via a communication bus of the LIN or CAN type for example.
  • the diagnostic module 30 is an external module, as shown in FIGS. 1b and 2b. This makes it easier to produce the regulator 24 which then has fewer integrated functionalities.
  • a communication is provided between the regulator 24 and the diagnostic module 30, between the regulator 24 and the engine computer 25, and a communication between the diagnostic module 30 and the engine computer 25.
  • These communications can also be established via a LIN or CAN type communication bus.
  • the diagnostic module 30 is able to determine a theoretical efficiency n of the alternator 10 from the following formula:
  • W being the speed of rotation determined using the frequency of a phase applied at the input of regulator 24,
  • the theoretical efficiency n is then compared with a reference efficiency to deduce a possible drift representative of a degradation in performance of the alternator 10.
  • the diagnostic module 30 is able to measure a ripple of an output current Alalt from the alternator 10 and to detect a failure in the case where a variation in current Alalt over a period output current exceeds a reference value. In particular, if over a period corresponding to the switching of each rectifying component 17, the current ripple Alalt becomes greater than a reference value, the diagnostic module 30 emits an alert signal intended for the engine computer 25.
  • the diagnostic module 30 is also able to establish an operating diagnosis of the alternator 10 from measurements of the milk output current from the alternator 10 and measurements of the current of lexc excitement. To this end, the difference between the measured curve Cmes obtained from several measurements of the milk and lexc currents and the expected curve Cth stored in memory of the diagnostic module 30 or of the engine computer 25 is compared. important, the module 30 emits an alert signal intended for the engine computer 25.
  • the junction temperature of the component by correlating the current measurement ld_mes and the voltage measurement Vd_mes carried out on the rectifying component 17, taking the form of a diode or of a transistor of the type MOSFET.
  • the diagnostic module 30 can then limit this junction temperature T to protect the component 17, in particular by limiting a milk output current from the alternator 10 in order to provide maximum power available to the vehicle while maintaining a maximum temperature admissible at level of component junctions 17.
  • the diagnostic module 30 may also detect a performance drift of a rectifying component 17 from a measurement of a voltage drop Vd_mes at a given current ld_mes.
  • the diagnostic module 30 deduces therefrom that the performance of the component 17 is degraded.
  • the diagnostic module 30 then alerts the engine computer 25 of a change of state of one or more components 17 via the sending of a corresponding alert message on the vehicle communication bus.
  • the measurements used by the diagnostic module 30 can be carried out if the heat engine and its components have a thermal equilibrium at ambient temperature.
  • a measurement order can be sent by the engine computer 25 when the ambient temperature and the engine temperature are very close with a difference for example of the order of plus or minus 5 ° C.
  • communication of this temperature could be envisaged to the regulator 24 or to the diagnostic module 30 in order to compare the temperature of the chip of the regulator 24 and ensure a stabilized and cooled thermal state.
  • the diagnostic module 30 could launch a diagnosis of the state of the rectifying components 17.
  • the invention could also be implemented with a alternator-starter or an electric machine operating only in engine mode.

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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

L'invention porte principalement sur une machine électrique tournante (10) comportant: • - un rotor (12) muni d'un bobinage rotorique (13), • - un stator (11) muni d'un bobinage (14) comportant plusieurs phases, • - un convertisseur (16) comportant des composants de redressement (17) auxquels sont connectées les phases du stator (11), • - un régulateur de tension (24) apte à adapter un courant d'excitation (lexc) appliqué au bobinage rotorique (13) en fonction d'un écart entre une tension de sortie (Liait) et une tension de référence, - au moins un capteur de courant (27) disposé en sortie de la machine électrique tournante (10) ou sur au moins une phase de la machine électrique tournante (10), et • - un module de diagnostic (30) apte à détecter un dysfonctionnement de la machine électrique tournante (10) à partir d'une mesure de courant issue du capteur de courant (27).

Description

MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE MUNIE D'UN CAPTEUR DE COURANT ET D'UN MODULE DE DIAGNOSTIC
La présente invention porte sur une machine électrique tournante munie d'un capteur de courant et d'un module de diagnostic. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse avec les alternateurs et les alterno- démarreurs équipant les véhicules automobiles.
De façon connue en soi, les machines électriques tournantes comportent deux parties coaxiales à savoir un rotor et un stator entourant le corps du rotor. Le rotor pourra être solidaire d'un arbre de rotor menant et/ou mené et pourra appartenir à une machine électrique tournante sous la forme d'un alternateur, comme décrit par exemple dans les documents EP0803962 et W002/093717, ou d'un moteur électrique comme décrit par exemple dans le document EP0831580. La machine électrique tournante pourra être réversible comme décrit par exemple dans les documents WO01/69762, W02004/040738, W02006/129030 et FR3005900. Une telle machine électrique tournante réversible synchrone est appelé alterno-démarreur.
En mode alternateur, la machine électrique transforme de l’énergie mécanique en énergie électrique pour notamment alimenter des consommateurs et/ou recharger une batterie. Afin de réduire sensiblement les émissions de particules polluantes dans les cycles d’homologations ou hors des cycles, c'est à dire dans la vraie vie de roulage du véhicule automobile, la machine électrique fonctionne en mode alternateur, notamment lors des phases de freinage récupératif qui sont très fréquentes. La machine électrique et ses sous-composants sont ainsi sollicités à leur limite de fonctionnement.
Il existe donc le besoin d'implémenter des protections afin de maximiser les performances de la machine électrique tout en conservant un niveau élevé de fiabilité.
L'invention vise à combler ce besoin en proposant une machine électrique tournante comportant:
- un rotor muni d'un bobinage rotorique, - un stator muni d'un bobinage comportant plusieurs phases,
- un convertisseur comportant des composants de redressement auxquels sont connectées les phases du stator,
- un régulateur de tension apte à adapter un courant d'excitation appliqué au bobinage rotorique en fonction d'un écart entre une tension de sortie de la machine électrique tournante et une tension de référence,
caractérisée en ce que ladite machine électrique tournante comporte en outre:
- au moins un capteur de courant disposé en sortie de la machine électrique tournante ou sur au moins une phase de la machine électrique tournante, et
- un module de diagnostic apte à détecter un dysfonctionnement de la machine électrique tournante à partir d'une mesure de courant issue du capteur de courant.
L’invention permet ainsi, grâce à l'utilisation du capteur de courant et du module de diagnostic, de détecter et d’informer le contrôle moteur d’une éventuelle défaillance et/ou d'une dérive des performances de la machine électrique tournante.
Selon une réalisation, le module de diagnostic est intégré au régulateur.
Selon une réalisation, le module de diagnostic est un module externe par rapport au régulateur.
Selon une réalisation, le module de diagnostic est apte à estimer, via une loi de variation d'une chute de tension aux bornes d'un composant de redressement, une température de jonction de ce composant de redressement.
Selon une réalisation, le module de diagnostic est apte à limiter cette température de jonction pour protéger ce composant de redressement.
Selon une réalisation, le module de diagnostic est apte à détecter une défaillance sur une phase de la machine électrique tournante à partir de la mesure de courant issue du capteur de courant.
Selon une réalisation, le module de diagnostic est apte à déterminer un rendement théorique de la machine électrique tournante et à le comparer avec un rendement de référence pour en déduire une éventuelle dérive représentative d'une dégradation de performances de la machine électrique tournante.
Selon une réalisation, le module de diagnostic est apte à mesurer une ondulation d'un courant de sortie de la machine électrique tournante et à détecter une défaillance de la machine électrique tournante dans le cas où une variation de courant sur une période du courant de sortie dépasse une valeur de référence.
Selon une réalisation, le module de diagnostic est apte à établir un diagnostic de fonctionnement de la machine électrique tournante à partir de mesures de courant de sortie de la machine électrique tournante et de mesures du courant d'excitation.
Selon une réalisation, le module de diagnostic est apte à détecter une dérive de performances d'un composant de redressement à partir d'une mesure d'une chute de tension à un courant donné dudit composant de redressement.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention. - La figure 1 a est une représentation schématique d'un premier mode de réalisation de l'invention ayant un capteur de courant de sortie de l'alternateur et un module de diagnostic intégré dans le régulateur;
- La figure 1 b est une représentation schématique d'une variante de réalisation à module de diagnostic externe; - La figure 2a est une représentation schématique d'un deuxième mode de réalisation de l'invention ayant un capteur de courant de phases de l'alternateur et un module de diagnostic intégré dans le régulateur;
- La figure 2b est une représentation schématique d'une variante de réalisation à module de diagnostic externe; - La figure 3 est une représentation graphique d'une cartographie permettant de déterminer un couple à partir d'une vitesse de rotation de la machine pour un courant d'excitation donné;
- La figure 4 est une représentation graphique d'une variation du courant de sortie dont la mesure à l'aide du capteur de courant selon l'invention permet de détecter un dysfonctionnement de la machine électrique;
- La figure 5 est une représentation graphique des courbes mesurée et attendue obtenues dans le plan courant alternateur/courant d'excitation permettant de détecter un dysfonctionnement de la machine électrique; - La figure 6 est une représentation schématique d'une tension de phase permettant de déterminer la chute de tension d'un composant de redressement à l'état passant;
- La figure 7 est une loi de variation stockée dans le régulateur ou le module de diagnostic externe permettant de déterminer la température d'un composant de redressement de forme diode;
- La figure 8 est une représentation graphique illustrant la détection par le module de diagnostic d'une dérive de performance pouvant être détectée par mesure d'une tension et d'un courant d'un composant de redressement.
Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre.
Les figures 1 a et 1 b représentent de façon schématique une machine électrique tournante 10, sous la forme d'un alternateur, comportant un stator 11 et un rotor 12 muni d'un bobinage 13. Le rotor 12 est apte à générer un flux magnétique interagissant avec le stator 1 1. Le stator 1 1 comprend un bobinage 14 ayant plusieurs phases Ph1 -PhN reliées à un convertisseur AC/DC 16. Sur les figues, on a représenté de façon non limitative un stator 11 à trois phases Ph1 -Ph3 à titre d'exemple. En effet, il est clair que le stator 1 1 pourra comporter plus généralement N phases, N étant un nombre entier. N pourra par exemple valoir 3 pour un stator triphasé, 5 pour un stator pentaphasé, 6 pour un stator hexaphasé, 7 pour un stator heptaphasé, etc... ou être un nombre entier quelconque.
Le convertisseur AC/DC 16 est typiquement formé par des composants de redressement 17 représentés ici par des diodes mais pouvant également prendre la forme de transistors de type MOSFET. Dans ce cas, le convertisseur AC/DC 16 est réversible afin de transformer la tension continue de la batterie 19 en une tension alternative alimentant les phases du bobinage Ph1 -PhN pour faire fonctionner la machine en mode moteur.
Lors d'un fonctionnement de l'alternateur 10, la tension de sortie Liait mesurée entre la borne B+ et la masse peut être délivrée à la batterie 19 par le stator 1 1 par l'intermédiaire du convertisseur 16. Plus précisément, des forces électromotrices sont présentes dans chacune des phases Ph1 -PhN du bobinage du stator 1 1 et sont traitées par le convertisseur 16 pour générer la tension de sortie Liait.
De même, un courant de sortie lait peut être délivré à la batterie 19 et aux charges électriques 22 par le stator 1 1 après un traitement par le convertisseur 16. Les charges électriques 22 sont en l'occurrence connectées en parallèle de la batterie 19.
L'alternateur 10 comporte également un régulateur 24 permettant d'asservir la tension de sortie Liait à une tension de référence fournie généralement par un calculateur moteur 25 du véhicule. A cet effet, le régulateur 24 adapte un courant d'excitation lexc appliqué, par modulation à largeur d'impulsion, au bobinage rotorique 13 en fonction d'un écart entre la tension de sortie Ualt de l'alternateur 10 et la tension de référence.
En outre, un capteur de courant 27 pourra être disposé en sortie de l'alternateur 10 au niveau de la borne B+, tel que cela est montré sur les figures 1 a et 1 b. En variante, un capteur de courant 27 est disposé sur au moins phase Ph1 -PhN de l'alternateur 10. Dans l'exemple représenté, on utilise un capteur 27 par phase, mais on pourra en variante utiliser un capteur 27 sur une seule phase et déduire les signaux des autres phases à partir des mesures de ce capteur. Un capteur 27 pourra prendre la forme d'un capteur à effet Hall ou d'un capteur à résistance dit de type "shunt" en anglais.
Un module de diagnostic 30 est apte à détecter un dysfonctionnement de l'alternateur 10 à partir de la mesure de courant issue d'au moins un capteur de courant 27.
Le module de diagnostic 30 pourra être intégré au régulateur 24, tel que cela est représenté sur les figures 1 a et 2a. Dans ce cas, le régulateur 24 communique les informations relatives au fonctionnement de l'alternateur 10 au calculateur moteur 25 via un bus de communication de type LIN ou CAN par exemple.
Alternativement, le module de diagnostic 30 est un module externe, tel que montré sur les figures 1 b et 2b. Cela permet de faciliter la réalisation du régulateur 24 qui présente alors moins de fonctionnalités intégrées. Dans ce cas, on prévoit une communication entre le régulateur 24 et le module de diagnostic 30, entre le régulateur 24 et le calculateur moteur 25, et une communication entre le module de diagnostic 30 et le calculateur moteur 25. Ces communications pourront être établies également via un bus de communication de type LIN ou CAN.
Le module de diagnostic 30 est apte à déterminer un rendement théorique n de l'alternateur 10 à partir de la formule suivante:
n = Pelec/Pmeca = (Ualt x lait) / (CxQ),
- Pelec étant la puissance électrique de l'alternateur et Pmeca étant la puissance mécanique de l'alternateur,
- Ualt étant la tension de sortie de l'alternateur 10 mesurée par le régulateur 24,
- lait étant le courant de sortie de l'alternateur 10 mesuré par le capteur de courant 27,
- W étant la vitesse de rotation déterminée à l'aide de la fréquence d'une phase appliquée en entrée du régulateur 24,
- C étant le couple de l’alternateur 10 résultant d’une cartographie de mesure réalisée au préalable en laboratoire et intégrée dans le module de diagnostic 30 ou le régulateur 24. Cette cartographie dont une représentation graphique est donnée en figure 3 permet de fournir la donnée de couple C pour le calcul de rendement n à partir de la vitesse de rotation W de l'alternateur 10 et d'un courant d'excitation lexc appliqué au rotor 12.
Le rendement théorique n est ensuite comparé avec un rendement de référence pour en déduire une éventuelle dérive représentative d'une dégradation de performances de l'alternateur 10.
Comme on peut le voir sur la figure 4, le module de diagnostic 30 est apte à mesurer une ondulation d'un courant de sortie Alalt de l'alternateur 10 et à détecter une défaillance dans le cas où une variation de courant Alalt sur une période du courant de sortie dépasse une valeur de référence. En particulier, si sur une période correspondant à la commutation de chaque composant de redressement 17, l'ondulation de courant Alalt devient supérieure à une valeur de référence, le module de diagnostic 30 émet un signal d'alerte à destination du calculateur moteur 25.
Comme on peut le voir sur la figure 5, le module de diagnostic 30 est également apte à établir un diagnostic de fonctionnement de l'alternateur 10 à partir de mesures de courant de sortie lait de l'alternateur 10 et de mesures du courant d'excitation lexc. A cet effet, on compare l'écart entre la courbe mesurée Cmes obtenue à partir de plusieurs mesures des courants lait et lexc et la courbe attendue Cth stockée en mémoire du module de diagnostic 30 ou du calculateur moteur 25. En cas d'écart trop important, le module 30 émet un signal d'alerte à destination du calculateur moteur 25.
Par ailleurs, il est possible d’estimer la température de jonction du composant en corrélant la mesure de courant ld_mes et la mesure de tension Vd_mes effectuées sur le composant de redressement 17, prenant la forme d'une diode ou d'un transistor de type MOSFET.
En effet, il est possible de connaître la tension V d du composant de redressement 17 à l'état passant lors d'une alternance négative de la tension de phase U_Ph (cf. figure 6) ainsi que le courant Id correspondant.
A partir de ces deux valeurs, une loi de variation d'une chute de tension aux bornes d'un composant de redressement 17 de forme diode en fonction de la température représentée en figure 7, permet d’estimer une température T de jonction du composant. Cette loi de variation pourra être stockée dans le module de diagnostic 30 ou le régulateur 24.
Le module de diagnostic 30 pourra ensuite limiter cette température T de jonction pour protéger le composant 17, notamment en limitant un courant de sortie lait de l'alternateur 10 afin de fournir un maximum de puissance disponible au véhicule tout en conservant une température maximum admissible au niveau des jonctions des composants 17.
Le module de diagnostic 30 pourra également détecter une dérive de performances d'un composant de redressement 17 à partir d'une mesure d'une chute de tension Vd_mes à un courant donné ld_mes.
Par exemple, si le couple courant ld_mes / tension Vd_mes présente un écart E trop important avec la valeur de la courbe attendue Cref pour une température donnée, le module de diagnostic 30 en déduit que les performances du composant 17 sont dégradées. Le module de diagnostic 30 alerte alors le calculateur moteur 25 d'un changement d'état d'un ou de plusieurs composants 17 via l'envoi d'un message d'alerte correspondant sur le bus de communication du véhicule.
Les mesures utilisées par le module de diagnostic 30 pourront être effectuées si le moteur thermique et ses composants présentent un équilibre thermique à température ambiante. Par exemple, un ordre de mesure peut être envoyé par le calculateur moteur 25 lorsque la température ambiante et la température du moteur sont très proches avec un écart par exemple de l'ordre de plus ou moins 5°C. En outre, une communication de cette température pourrait être envisagée au régulateur 24 ou au module de diagnostic 30 afin de comparer la température de la puce du régulateur 24 et s’assurer d’un état thermique stabilisé et refroidi.
Ainsi, dès l’allumage du moteur thermique et la génération de courant de l'alternateur 10, le module de diagnostic 30 pourrait lancer un diagnostic de l’état des composants de redressement 17. L'invention pourra également être mise en oeuvre avec un alterno-démarreur ou une machine électrique fonctionnant uniquement en mode moteur. Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents.
En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.

Claims

REVENDICATIONS
1. Machine électrique tournante (10) comportant:
- un rotor (12) muni d'un bobinage rotorique (13),
- un stator (1 1 ) muni d'un bobinage (14) comportant plusieurs phases (Ph1-PhN),
- un convertisseur (16) comportant des composants de redressement (17) auxquels sont connectées les phases (Ph1-PhN) du stator (1 1 ),
- un régulateur de tension (24) apte à adapter un courant d'excitation (lexc) appliqué au bobinage rotorique (13) en fonction d'un écart entre une tension de sortie (Liait) de la machine électrique tournante (10) et une tension de référence,
caractérisée en ce que ladite machine électrique tournante (10) comporte en outre:
- au moins un capteur de courant (27) disposé en sortie de la machine électrique tournante (10) ou sur au moins une phase (Ph1-PhN) de la machine électrique tournante (10), et
- un module de diagnostic (30) apte à détecter un dysfonctionnement de la machine électrique tournante (10) à partir d'une mesure de courant issue du capteur de courant (27).
2. Machine électrique tournante selon la revendication 1 , caractérisée en ce que le module de diagnostic (30) est intégré au régulateur (24).
3. Machine électrique tournante selon la revendication 1 , caractérisée en ce que le module de diagnostic (30) est un module externe par rapport au régulateur (24).
4. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le module de diagnostic (30) est apte à estimer, via une loi de variation d'une chute de tension aux bornes d'un composant de redressement (17), une température de jonction de ce composant de redressement (17).
5. Machine électrique tournante selon la revendication 4, caractérisée en ce que le module de diagnostic (30) est apte à limiter cette température de jonction pour protéger ce composant de redressement (17).
6. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le module de diagnostic (30) est apte à détecter une défaillance sur une phase de la machine électrique tournante (10) à partir de la mesure de courant issue du capteur de courant (27).
7. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le module de diagnostic (30) est apte à déterminer un rendement théorique (n) de la machine électrique tournante (10) et à le comparer avec un rendement de référence pour en déduire une éventuelle dérive représentative d'une dégradation de performances de la machine électrique tournante (10).
8. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le module de diagnostic (30) est apte à mesurer une ondulation d'un courant de sortie (Alalt) de la machine électrique tournante (10) et à détecter une défaillance de la machine électrique tournante (10) dans le cas où une variation de courant (Alalt) sur une période du courant de sortie dépasse une valeur de référence.
9. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le module de diagnostic (30) est apte à établir un diagnostic de fonctionnement de la machine électrique tournante (10) à partir de mesures de courant de sortie (lait) de la machine électrique tournante (10) et de mesures du courant d'excitation (lexc).
10. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le module de diagnostic (30) est apte à détecter une dérive de performances d'un composant de redressement (17) à partir d'une mesure d'une chute de tension (Vd) à un courant donné (Id) dudit composant de redressement (17).
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Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0803962A1 (fr) 1996-04-23 1997-10-29 Bamo Elettroutensili S.r.l. Paquet de tÔles de rotor pour rotors à aimants permanents pour alternateurs ou similaires
EP0831580A2 (fr) 1996-09-21 1998-03-25 AKO-Werke GmbH & Co. KG Dispositif de commande d'entraínement à courant pour moteurs commutés à aimant permanent
WO2001069762A1 (fr) 2000-03-10 2001-09-20 Valeo Equipements Electriques Moteur Machine electrique tournante polyphasee
DE10112217A1 (de) * 2001-03-14 2002-10-02 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung des Ausgangsstromes eines Generators
WO2002093717A1 (fr) 2001-05-15 2002-11-21 Valeo Equipements Electriques Moteur Machine electrique tournante, notamment alternateur pour vehicule automobile
WO2004040738A1 (fr) 2002-10-28 2004-05-13 Valeo Equipments Electriques Moteur DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT DE L'ELECTRONIQUE DE PUISSANCE INTéGREE A L'ARRIERE D'UN ALTERNATEUR OU D'UN ALTERNO-DEMARREUR
US20060192533A1 (en) * 2005-01-25 2006-08-31 Denso Corporation Method and apparatus for calculating/controlling power generation torque
WO2006129030A1 (fr) 2005-05-31 2006-12-07 Valeo Equipements Electriques Moteur Piece d'interconnexion de signal pour machine electrique tournante
WO2007051936A1 (fr) * 2005-11-04 2007-05-10 Valeo Equipements Electriques Moteur Mesure d'un courant delivre par une machine electrique tournante telle qu'un alternateur
US20070200534A1 (en) * 2006-02-16 2007-08-30 Denso Corporation Vehicle generator
WO2009081066A2 (fr) * 2007-12-21 2009-07-02 Valeo Equipements Electriques Moteur Procede et dispositif de controle securise d'un systeme a alterno-demarreur de type micro-hybride, et systeme micro-hybride correspondant
US20090237037A1 (en) * 2008-03-19 2009-09-24 Denso International America, Inc. Alternator voltage regulator with maximum output limiting function
US20100066097A1 (en) * 2008-09-16 2010-03-18 Gm Global Technology Operations, Inc. Method to estimate the output current of an automotive generator (alternator)
FR3005900A1 (fr) 2013-05-22 2014-11-28 Valeo Equip Electr Moteur Dispositif pour vehicule hybride avec un moyeu de support d'un rotor realise en tole et portant un plateau de reaction d'un embrayage

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN85106149B (zh) * 1985-08-15 1987-07-29 株式会社日立制作所 发电机用电压调整器及其控制方法
US5841643A (en) * 1997-10-01 1998-11-24 Linear Technology Corporation Method and apparatus for isolated flyback regulator control and load compensation
JP2002315397A (ja) * 2001-04-16 2002-10-25 Denso Corp 車両用交流発電機
US8159180B2 (en) * 2006-03-30 2012-04-17 Shindengen Electric Manufacturing Co., Ltd. Battery charging device and delay angle control method for battery charging device
JP4385068B2 (ja) * 2007-11-07 2009-12-16 三菱電機株式会社 交流発電機の故障検出装置
CN102636751A (zh) * 2012-04-26 2012-08-15 中国人民解放军海军工程大学 基于励磁机励磁电流的交流无刷发电机故障检测方法
EP2660941A1 (fr) * 2012-05-04 2013-11-06 Siemens Aktiengesellschaft Commande de générateur synchrone, système générateur et système d'énergie de navire
US8957723B2 (en) * 2012-06-11 2015-02-17 General Electric Company Apparatus and method for power switch health monitoring
US9431941B1 (en) * 2015-02-12 2016-08-30 General Electric Company Method and apparatus for detecting alternator rectifier diode short fault

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0803962A1 (fr) 1996-04-23 1997-10-29 Bamo Elettroutensili S.r.l. Paquet de tÔles de rotor pour rotors à aimants permanents pour alternateurs ou similaires
EP0831580A2 (fr) 1996-09-21 1998-03-25 AKO-Werke GmbH & Co. KG Dispositif de commande d'entraínement à courant pour moteurs commutés à aimant permanent
WO2001069762A1 (fr) 2000-03-10 2001-09-20 Valeo Equipements Electriques Moteur Machine electrique tournante polyphasee
DE10112217A1 (de) * 2001-03-14 2002-10-02 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung des Ausgangsstromes eines Generators
WO2002093717A1 (fr) 2001-05-15 2002-11-21 Valeo Equipements Electriques Moteur Machine electrique tournante, notamment alternateur pour vehicule automobile
WO2004040738A1 (fr) 2002-10-28 2004-05-13 Valeo Equipments Electriques Moteur DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT DE L'ELECTRONIQUE DE PUISSANCE INTéGREE A L'ARRIERE D'UN ALTERNATEUR OU D'UN ALTERNO-DEMARREUR
US20060192533A1 (en) * 2005-01-25 2006-08-31 Denso Corporation Method and apparatus for calculating/controlling power generation torque
WO2006129030A1 (fr) 2005-05-31 2006-12-07 Valeo Equipements Electriques Moteur Piece d'interconnexion de signal pour machine electrique tournante
WO2007051936A1 (fr) * 2005-11-04 2007-05-10 Valeo Equipements Electriques Moteur Mesure d'un courant delivre par une machine electrique tournante telle qu'un alternateur
US20070200534A1 (en) * 2006-02-16 2007-08-30 Denso Corporation Vehicle generator
WO2009081066A2 (fr) * 2007-12-21 2009-07-02 Valeo Equipements Electriques Moteur Procede et dispositif de controle securise d'un systeme a alterno-demarreur de type micro-hybride, et systeme micro-hybride correspondant
US20090237037A1 (en) * 2008-03-19 2009-09-24 Denso International America, Inc. Alternator voltage regulator with maximum output limiting function
US20100066097A1 (en) * 2008-09-16 2010-03-18 Gm Global Technology Operations, Inc. Method to estimate the output current of an automotive generator (alternator)
FR3005900A1 (fr) 2013-05-22 2014-11-28 Valeo Equip Electr Moteur Dispositif pour vehicule hybride avec un moyeu de support d'un rotor realise en tole et portant un plateau de reaction d'un embrayage

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EP3815240A1 (fr) 2021-05-05
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US20210273526A1 (en) 2021-09-02
FR3083385B1 (fr) 2022-01-21
CN112514239A (zh) 2021-03-16

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